·引言
數(shù)字控制機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床（NC ， Numerical Control）,是三十年來綜合應(yīng)用集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在現(xiàn)代機(jī)床生產(chǎn)中，一般采用多電機(jī)拖動(dòng)，主軸和各進(jìn)給系統(tǒng)分別由各自的電機(jī)來拖動(dòng)。由于機(jī)床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機(jī)床執(zhí)行部件具有不同的運(yùn)動(dòng)速度，因此機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)應(yīng)能進(jìn)行調(diào)速，主軸調(diào)速系統(tǒng)一般采用交流主軸系統(tǒng)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的主軸的交流拖動(dòng)，同樣能夠很好滿足需要。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。
·數(shù)控機(jī)床對應(yīng)用技術(shù)的要求
1、電機(jī)要求
通常要求用變頻電機(jī)，或者普通電機(jī)加風(fēng)扇以滿足電機(jī)在低頻的散熱要求、并且要求電機(jī)調(diào)速范圍廣。
2、變頻器的技術(shù)要求
1）要求低頻力矩大
選用矢量變頻器，低頻時(shí)（1~10Hz）能出來150%額定轉(zhuǎn)矩。
2）轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)速精度高
選用矢量變頻器，能實(shí)現(xiàn)很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果，依據(jù)負(fù)載的變化，通過輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定。
3）減速停車速度快
通常數(shù)控機(jī)床的加減速時(shí)間都是比較短的，加速時(shí)間靠變頻器的性能保證，減速時(shí)間則依靠外加制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元。
4）進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)
選用矢量變頻器后，要達(dá)到很好的控制性能通常都需要對電機(jī)進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)，其目的是獲取準(zhǔn)確的電機(jī)內(nèi)部參數(shù)，以用于矢量控制計(jì)算。參數(shù)自學(xué)習(xí)所需要的電機(jī)銘牌參數(shù)有：電機(jī)額定功率、電機(jī)額定頻率、電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、電機(jī)額定電壓、電機(jī)額定電流。有的變頻電機(jī)的銘牌上可能沒標(biāo)額定轉(zhuǎn)速值，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)一下額定轉(zhuǎn)速。在進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)時(shí)，務(wù)必要在空載（電機(jī)軸上不接負(fù)載）的時(shí)候進(jìn)行。只有在空載的時(shí)候才能保證自學(xué)習(xí)出來的電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性。如果現(xiàn)場條件沒辦法進(jìn)行空載運(yùn)行，可以考慮用變頻器出廠的電機(jī)參數(shù)試運(yùn)行。
5）頻率指令和運(yùn)行指令
數(shù)控機(jī)床上使用的變頻器其頻率指令和運(yùn)行指令都來源于CNC控制器，一般給定的的通道有兩種，一種是模擬量給定，另一種是多段速給定，或者兩者同時(shí)給定，以多段速優(yōu)先。模擬量給定以電壓型模擬量為主，也有電流型的。變頻器對這兩種類型的模擬量都可以采集。
3、抗干擾問題
變頻器在出廠的時(shí)候作了很好的抗干擾試驗(yàn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但變頻器同時(shí)也是一個(gè)干擾源，在使用中很難避免不對其它設(shè)備進(jìn)行干擾，在數(shù)控機(jī)床上最容易被干擾的設(shè)備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后，系統(tǒng)將不能正常工作。特別是變頻器的頻率指令和運(yùn)行指令也可能會(huì)受到干擾，干擾嚴(yán)重的會(huì)造成頻率指令不穩(wěn)定，變頻器誤動(dòng)作等。解決此類問題的辦法是在變頻器的輸出線上加磁環(huán)以減少高頻輻射。一般進(jìn)口的CNC的抗干擾能力較強(qiáng)。
下面以CHV100系列高性能矢量變頻器在沈陽某數(shù)控機(jī)床廠的應(yīng)用為例，講述數(shù)控機(jī)床的變頻調(diào)速控制技術(shù)。
·系統(tǒng)構(gòu)成
變頻器 CHV100-5R5-4SL 制動(dòng)電阻100Ω520W 5.5KW調(diào)速電機(jī) CNC數(shù)控系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)圖
·變頻器及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)
主要的參數(shù)和性能指標(biāo)：
5.5kW數(shù)控車床，電動(dòng)機(jī)參數(shù)：
額定功率：5.5kW， 額定頻率：50Hz,
額定電壓：380V， 額定電流：11A，
額定轉(zhuǎn)速：1440rmin 機(jī)械傳動(dòng)比：1：1.5
加工材料：45#鋼
實(shí)際測試性能指標(biāo)：（進(jìn)刀性能及速度）
1、主軸轉(zhuǎn)速：200rmin（變頻器運(yùn)行頻率9～10Hz）
2、主軸轉(zhuǎn)速：450rmin（變頻器運(yùn)行頻率22Hz左右）
變頻器接線原理圖
參數(shù)設(shè)定：
P0.01=1 端子控制
P0.03=1 AI1頻率設(shè)定（信號來源于數(shù)控系統(tǒng)）
P0.07=150.00Hz （最大頻率）
P0.08=150.00Hz
P0.11=8S（加速）
P0.12=4S（減速）
P5.02=1（S1正轉(zhuǎn)）
P5.02=2（S2反轉(zhuǎn)）
P5.02=9（S3外部故障輸入）
P5.02=7（S4故障復(fù)位）
P5.19= （0.50S AI1濾波時(shí)間）
P6.01=7（Y1輸出 頻率達(dá)到）
P6.04=3 （RO1輸出 故障輸出）
P6.05=19 （RO2輸出 變頻器運(yùn)行中）
Pd.01=4 （S3輸入取反）
電機(jī)參數(shù)設(shè)定：
P2.01=50.00Hz
P2.02=1440RPM
P2.03=380V
P2.04=11.0A
P2.05=5.5Kw
P2.06=0.875
P2.07=0.875
P2.08=118.45
P2.09=114.21
P2.10=6.03
·CHV100系列變頻器的特點(diǎn)
CHV100系列高性能矢量變頻器采用先進(jìn)磁通控制技術(shù)，電機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，速度精度高，價(jià)格合理，功能齊全，具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動(dòng)功能，確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行機(jī)制，以保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)，因此，采用CHV100系列高性能矢量變頻器代替主軸交流伺服系統(tǒng)，是機(jī)床行業(yè)最佳的選擇。CHV100系列變頻器具有以下特點(diǎn)
（1）采用先進(jìn)的磁通控制算法，實(shí)現(xiàn)了真正的無速度傳感器矢量控制，在控制性能上比傳
統(tǒng)的VF控制方式有很大的改善。
（2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，0.5Hz150%（SVC），0Hz180%（VC）
（3）載波頻率范圍0～16KHz；可根據(jù)溫度和負(fù)載的特性自適應(yīng)調(diào)整
（4）提供標(biāo)準(zhǔn)的0～10V模擬量接口，能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容，通用性強(qiáng)
（5）過負(fù)載能力強(qiáng)，150%額定輸出電流一分鐘；
（6）提供多功能的輸出端子信號，例如故障輸出信號，運(yùn)行中信號，速度到達(dá)等輸出信號，能夠很好的滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控；
·調(diào)試結(jié)果
事實(shí)證明采用CHV100系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機(jī)床主軸控制的要求。CHV100采用的領(lǐng)先的磁通算法，即使在低轉(zhuǎn)速（低頻）運(yùn)行下也能平穩(wěn)輸出150%的轉(zhuǎn)矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承主軸結(jié)構(gòu)，并且此主軸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、可以實(shí)現(xiàn)真正的無級調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)速由外部模擬量信號來控制輸出頻率，在不同的加工工藝（如；粗加工、精加工等）需要不同的轉(zhuǎn)速，此時(shí)可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，同時(shí)啟停信號也由數(shù)控系統(tǒng)控制，提高了自動(dòng)化程度、延長了刀具的使用壽命。
·結(jié)束語
數(shù)控機(jī)床主軸一般交流伺服系統(tǒng)、進(jìn)口品牌矢量控制變頻器以及變頻專用電機(jī)，購置費(fèi)用很高；CHV100系列變頻器以其獨(dú)特的性能（啟動(dòng)電流小、調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、低頻轉(zhuǎn)矩大、保護(hù)功能齊全、可靠性高、操作維護(hù)簡便等）和優(yōu)越的性價(jià)比，在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上迅速崛起。
·參考文獻(xiàn)
1.《實(shí)用數(shù)控技術(shù)叢書》
2.《CHV矢量變頻器操作手冊》
